《金屬離子識別的螢光感測器可控制備與套用研究》是依託重慶大學，由秦波擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：金屬離子識別的螢光感測器可控制備與套用研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：秦波
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
鹼和鹼土金屬、過渡金屬和重金屬廣泛地存在於自然界中,人類的重大疾病和環境污染與這些金屬陽離子有著密切地聯繫。當前,利用新材料、新方法和新工藝檢測金屬陽離子的種類和含量，對生命科學、醫學和環境科學具有重要的意義。本項目藉助有機合成和高分子聚合方法，以芳香摺疊大環分子為基礎，可控制備新型螢光分子感測器，對金屬陽離子具有離子識別功能和開關性能，並構建螢光薄膜，實現離子線上螢光檢測系統。探索陽離子識別與孔徑、配位點等因素的關係，研發螢光感測器光控、溶致等開關特性，揭示金屬陽離子識別的螢光檢測機制，為螢光薄膜線上定性和定量檢測物質奠定基礎。
結題摘要
離子螢光識別的水相穩定性問題限制了有機分子結構套用於水中離子高效檢測、識別與分離技術的發展和廣泛套用。以此為目標，我們在芳香單體合成與大環分子可控制備、鹼金屬陽離子高選擇性識別、金屬芳香體配位聚合物螢光特性、氫鍵調控識別核苷特性、非貴金屬催化水析氧反應等五個方面都獲得研究成果，並探索出4-吡啶酮類新型芳香性分子的結構理論模擬、可控制備、多功能化研究，形成分子結構和性能一體化系統研究模式，。本項目從4-吡啶酮芳香單體合成與大環分子可控制備入手研究，4-吡啶酮具有芳香性和多位點修飾特徵，是一類構建有機複雜空間結構重要的合成單元。我們成功解決4-吡啶酮因異構體產生的結構不穩定問題，探索出一類新型4-吡啶酮芳香性單體高效合成工藝。利用分子內“三中心氫鍵”實現一步可控制備3.7Å孔徑的芳香性大環分子，通過結構理論模擬與核磁NOESY測定，確定結構具有其環狀平面性。利用保護基策略除去大環分子內部烷基，減少內部空間位阻，提高環內氧原子電負性，增強離子選擇性識別能力。通過1HNMR檢測，發現大環分子在鹼金屬離子中只對Cs+具有高選擇性識別，通過醯胺NH化學位移變化繪製的Job Plot圖，證實大環分子與Cs+離子按照1:1比例結合，並獲得其結合常數。這說明大環空腔內徑3.7Å與Cs+離子直徑3.34Å具有較好的匹配性。我們利用含吡啶基團的鉗形配體中包含N配位點，與二價銅離子配位後，獲得較強黃色螢光性質的固體物質。通過單晶測定，配體和銅離子形成相對複雜的一維線性聚合結構。該結構在一維方向拓展，並形成整齊有序的空穴。利用該聚合結構中陽離子被固定和陰離子可游離的特徵，陰離子在水相和聚合物中實現固液非均環境下的自由交換和水相螢光識別。另外，為了識別空間更大的中性生物有機小分子，我們研發一類空間體積更大的籠狀框架結構，該結構體積與5個甲烷分子的空間相當，通過與核苷形成不同數量作用位點，調控不同核苷的識別能力。最後，我們利用4-吡啶酮構建的鉗形配體與非貴金屬形成催化劑，在鹼性環境下實現水的析氧反應。單晶發現催化劑具有雙金屬-雙配體的特徵，在醋酸鹽緩衝溶液中能大大降低水析氧電化學的起峰電壓（1.4V），並能保持較長時間催化活性（大於10小時）和幾乎100%的轉化效率。
